Вибродуговая наплавка: описание процесса, оборудование, материал

Лучшим способом восстановления изношенных частей деталей в виде обода колеса, диска и вообще любых тел вращения является вибродуговая наплавка. Которая, в отличие от газокислородного и обычного сварочного дугового метода обеспечивает равномерность нанесения навариваемого/наплавляемого металла на объект ремонта.

Принцип устройства для нанесения равномерного нанесения металла несложен. Это совмещение детали вращения, закреплённой на валу токарного станка с необходимой для этой детали свободной зоной и вибро-электродуговой насадки, или наплавочной головки, которая размещается на месте штатного суппорта станка или крепится на нём.

Содержание

• 1 Вибро-электродуговая насадка
• 2 Как происходит вибродуговая наплавка
• 3 Дополнительные технические условия
• 4 Стабильность процесса
  • • 4.0.1 От чего зависит толщина слоя
• 5 Расходные материалы для наращивания металла
• 6 Уход за оборудованием электродуговой наплавки
• 7 Заключение

Вибро-электродуговая насадка

Это несложное устройство представляет собой механический вибратор или специальную электромагнитную установку, работающую по принципу соленоида в реле, когда подаваемый переменный ток колеблет взад-вперёд внутри обмотки металлический стержень-электрод.

Вибраторы механического типа только называются так, на самом деле они тоже связаны с частотой переменного тока, и являются по сути электромеханическими. И у электромагнитных, и у механических вибраторов частота колебаний наплавной проволоки, или стержня-электрода, может быть в пределах 50-100 гц.

Перемещения стержня в обмотке вызывают кратковременные касания его к наплавляемой детали, а затем отрывы от неё. Во время касания стержня-электрода детали, зажатой и вращающейся в станке, происходит короткое замыкание, напряжение становится нулевым, а ток, наоборот, скачкообразно нарастает. Во время отрыва происходит скачок напряжения, ток прерывается, а между деталью и электродом возникает дуга. Так как в цепь включена катушка индуктивности, постоянного напряжения в цепи не хватает для постоянной дуги разряда, но импульсная подача тока и напряжения способна вызвать такую дугу, которая выглядит как серия сливающихся для глаза коротких вспышек, которые выглядят как непрерывная дуга, но на деле таковой не являющейся.

Конструктивно электродуговая насадка является частью комплекса, в который входят источник сварочного тока и наплавочная головка ВДГ-5 (или её аналоги). Главное – нет нужды применять какие-то кустарные устройства, промышленностью давно освоены разные типы таких насадок на токарные станки – с разными узлами крепления и с разными способами подачи проволоки, из которой формируется наплавочный слой.

В вибродуговую головку в качестве неотъемлемых составных частей входят также

• Ролики подачи со стандартных мотков проволоки разных типов.
• Опорные узлы.
• Вибратор с двигателем, обеспечивающим колебания электрода.
• Наконечник обеспечения подвода электрода к заготовке.

Как происходит вибродуговая наплавка

Нужно иметь в виду, что КПД этого процесса весьма низок. Это происходит оттого, что при условной частоте тока вибратора в 50 гц касание электрода к детали составляет 0,01 сек. То есть 65% времени процесса падает на холостой ход. Но без фазы холостого хода полноценной наплавки тоже не получится. Чтобы понять, почему так происходит, нужно рассматривать процесс с дискретностью в доли секунд.

1. За период касания обрабатываемой детали и электрода в месте контакта ток возрастает до 400 А на кв. миллиметр, и проволочный электрод в месте касания от огромного скачка температуры нагревается до критических состояний..
2. Вибратор отрывает электрод от заготовки, и на ней остаётся часть электрода.
3. Возникающая дуга расплавляет эту каплю.
4. Электрод под воздействием остаточного импульса в обмотке продолжает удаление от наплавляемой детали, расстояние увеличивается, ток падает до нуля и дуга гаснет. Наступает фаза холостого хода.

Всё это происходит от 50 до 100 раз в секунду, и именно в чередовании холостого хода и касаний с дугой между ними происходит наплавка металла на изношенную заготовку.

Введённая в цепь дуги индуктивность служит источником накопления энергии во время разомкнутого состояния электрической цепи. Она вызывает фазовый сдвиг напряжения и тока, поэтому переход тока через фазу нуля способствует возникновению ЭДС самоиндукции, совпадающей по направлению с напряжением выпрямленной сети. Что способствует повторному возникновению дуги после разрыва цепи и её устойчивому горению в короткий промежуток времени между касанием и холостым ходом.

Электроды для вибродуговой наплавки имеют толщину 1,5-2 мм, и являются, по сути, проволокой из стали определённой марки, в той или иной степени совпадающей с маркой стали ремонтируемой детали. После короткого замыкания и отрыва в результате импульса в обмотке часть этой проволоки остаётся на детали в расплавленном состоянии.

Дополнительные технические условия

Чтобы не возникало перегрева ремонтируемой заготовки и, как следствие, её деформации, наплавляемую поверхность охлаждают следующими составами:

• 10-20% раствор технического глицерина,
• 3-4% водный раствор кальцинированной соды.

Может быть также охлаждение потоками холодного воздуха.

Восстановление изношенных в результате долгой эксплуатации деталей имеет под собой вполне оправданную экономическую подоплёку. Дело в том, что восстанавливают обычно старые, незаменимые части изделий (чаще всего уникальные по характеристикам валы вращения), которые давно сняты с производства и не выпускаются в виде запасных частей.

Охлаждения деталей растворами или воздушной струёй направленного действия выглядит в этих условиях не только оправданной, но и остро необходимой мерой, предохраняющей поверхность изделий и от деформаций и оберегая их габариты.

Точка подачи охлаждающих растворов не должна совпадать с местом горения дуги, иначе может пострадать качество наплавки. Для этого одновременно с вибраторами устанавливают магистраль, по которой подаётся охлаждение, с регулировочными механизмами подачи глицериновой или водной смеси, или воздушный вентиль. Но у охлаждающего раствора есть ещё одна функция — предохранение навариваемого металла от процессов азотирования, от которого он сделается чрезмерно хрупким, и кислородного окисления.

Стабильность процесса

О стабильности и отсутствии технологических сбоев процесса наплавки будет свидетельствовать равномерность характерного трескучего звука в момент наваривания и показания амперметра. Так как частота колебаний тока и напряжения в секунду бывает равной 50-100 гц, стрелка аналогового прибора будет не успевать колебаться туда-сюда и будет просто стоять на месте – но это как раз и будет свидетельствовать о стабильности процесса.

Если же плавление проволочного электрода сопровождается неприятным и неравномерным треском с разной частотой и периодичностью, а стрелка амперметра совершает беспорядочные колебания, это свидетельствует о неравномерности нанесения металла на заготовку, при которой могут образовываться каверны, а слой будет нервным и рыхлым.

От чего зависит толщина слоя

На толщину наплавляемого на деталь слоя металла влияют два параметра:

1. Скорость вращения заготовки (окружная скорость, зависящая от диаметра вала, колеса, обода той ремонтируемой детали, что закреплена на валу станка)
2. Скорость подачи сварочного проволочного электрода.

При увеличении скорости вращения будет получаться узкий и тонкий валик с медленной скоростью наращивания металла. Наоборот, снижение темпа вращения с одновременным увеличением числа и силы колебаний проволоки наплавляемая поверхность будет быстрее увеличиваться в диаметре. Но для увеличения толщины наращиваемого слоя металла нужна ещё и более толстая проволока.

Увеличения скорости вращения заготовки стараются всячески избегать и выставляют обычно минимально-возможную скорость – иначе в наращиваемом слое неизбежно появление каверн. И чем быстрее вращается деталь – тем большее количество каверн будет образовываться.

Пористый некачественный металл наплавки получается также в случае загрязнения детали маслами и смазками.

Расходные материалы для наращивания металла

Это в первую очередь проволока для наплавки. Используют два её основных типа:

• СВ-15 для наплавки металла на изделия из чугуна (придаёт поверхности особую твёрдость при определённой хрупкости)
• Св-08А Св-18ХГСА, Нп-50 (65Г), Нп-30ХГСА – для наплавки стальных слоёв.
• Проволока пружинного типа по ГОСТу 9389–75.

Уход за оборудованием электродуговой наплавки

Для обеспечения стабильной и бесперебойной работы дуговых насадок для наплавки металлических слоёв на ремонтируемые детали нужен постоянный мониторинг работоспособности оборудования, с выставлением точных параметров с применением аппаратуры КИП. Продолжительная работа головки без замены и регулировки подающего мундштука приводит к поломке роликов, что вызывает изъяны в образуемом слое в виде пропусков, раковин, каверн и резко снижает качество ремонта.

Заключение

Оборудовать вибродуговой головкой можно токарный станок практически любого года выпуска – даже такого, когда о методе наращивания металла способом дуговой сварки не имели ни малейшего понятия. Если не подходит стандартный адаптер, всегда при наличии некоторой технической смекалки можно изготовить переходник для крепления и подачи проволоки-электрода к поверхности, которая нуждается в реставрации. Продляя таким образом жизнь многим устройствам, на которые запасных частей можно просто не найти.

А размер в данном случае не имеет значения – вибродуговая наплавка позволяет ремонтировать и огромные гребные валы океанских судов, и оси микродвигателей размером в 5-6 см.

7.5. Вибродуговая наплавка деталей

Вибродуговая наплавка отличает­ся
от ранее рассмотренных способов наплавки,
тем что в процессе восста­новления
детали конец электродной проволоки
совершает колебательные движения в
плоскости, перпендику­лярной
наплавляемой поверхности, а также тем,
что наплавленный слой ме­талла
принудительно охлаждается.

Процесс осуществляется неста­бильной
дугой (дуга на стадии тлею­щего разряда)
в сочетании с периоди­чески повторяющимся
коротким за­мыканием электрической
сварочной цепи. Это способствует
смягчению теплового режима наплавки.
Пере­нос металла в режиме коротких
за­мыканий облегчает формирование
наплавляемых валиков. Вибродуго­вую
наплавку осуществляют на уста­новке
стальной проволокой (рис. 7.14), которая
подается через мундш­тук 9 до
соприкосновения с поверхно­стью
детали 1. К детали и проволоке подводится
сварочный ток низкого напряжения. В
момент соприкосно­вения электрода
10 с деталью 1 по проволоке протекает
ток короткого замыкания. Это способствует
рас­плавлению поверхности детали в
ме­сте контакта, и торец электрода
быс­тро нагревается до температуры
плавления. В результате такого
взаи­модействия достигается структурная
связь между деталью и наплавлен­ным
металлом. Благодаря колеба­тельному
движению мундштука9 то­рец
электрода 10 на короткое время отходит
от поверхности детали 1, и в разрыве
сварочной электрической цепи возникает
искровой разряд с переходом в стадию
тлеющего разряда, который длится до
момента очеред­ного соприкосновения
торца электро­да с поверхностью
детали.

Рис. 7.14. Схема установки для
вибродуговой наплавки:

1— источник сварочного тока; 2 — штуцер
для пода­чи охлаждающей жидкости;3
— механизм подачи электродной
проволоки;4 — электровибратор; 5 —
кассета с электродной проволокой;6 —
уравновешивающие пружины;7 — насос
для подачи охлаждающей жидкости;8 —
мундштук;9 — электрод;10 —
наплавляемая деталь; 11 — дроссель

Полезность выполнения электро­дом
данного колебательного цикла состоит
в том, что при коротком замы­кании
сварочной цепи основное коли­чество
тепла практически аккумули­руется в
вылете электрода и неболь­шом
микрообъеме поверхностного слоя детали.
При этом температура жидкой ванны
достигает 1450 — 1500 °С, т. е. не превышает
темпера­туры плавления металла. Это
не только смягчает тепловой режим
на­плавки, но и предотвращает
возмож­ность выгорания и испарения
химиче­ских компонентов металла.
Стадия тлеющего разряда при уда­лении
торца электрода от поверхно­сти детали
используется для предва­рительного
подогрева поверхности детали перед
наплавлением очеред­ной порции
металла. В отличие от стабильной дуги,
температура кото­рой составляет в
средней части около 6000 °С, дуга на стадии
тлеющего разряда имеет температуру
меньше 4000 °С, что также является факто­ром,
смягчающим тепловой режим наплавки.
Кроме того, молекула со­держащегося
в воздухе азота при этой температуре
не диссоциирует и поэтому азот остается
химически нейтральным по отношению к
желе­зу. Это способствует тому, что
про­цесс вибродуговой автоматической
наплавки деталей может обеспечить
достаточно хорошее качество на­плавки
без применения защитных средств (флюса,
газа и др. ).

В ряде случаев в зону наплавки подают
охлаждающую жидкость (2,5 — 6 %-ный водный
раствор кальцинированной соды или 20
%-ный водный раствор глицерина).
Образу­ющийся водяной пар дополнительно
защищает расплавленный металл от
воздействия азота воздуха, чем
способ­ствует получению валика с
более высо­кими механическими
свойствами.

Учеными Института электросвар­ки им.
Е. О. Патона АН Украины раз­работан
метод вибродуговой наплав­ки под
слоем флюса, который с успе­хом
применяют для наплавки, тонко­стенных
изделий большого диаметра. Применение
флюса обеспечивает за­медленное
остывание металла и предотвращает
образование трещин. Весьма эффективной
защитной сре­дой в процессе вибродуговой
автома­тической наплавки является
углекис­лый газ.

Аккумуляция тепла с последую­щим
быстрым охлаждением малых порций
поверхностного слоя металла обеспечивает
возможность наплавки вибродуговым
способом малогаба­ритных деталей
цилиндрической формы. При этом нет
опасности стекания жидкого металла с
поверхно­сти детали. Практически
диапазон размеров деталей, пригодных
для на­плавки этим способом, колеблется
в пределах 3 — 200 мм.

Вибродуговая наплавка дает воз­можность
получать равномерные слои толщиной от
нескольких сотых миллиметра до 3 мм за
один проход. Уникальным свойством этой
наплав­ки является то, что в определенном
интервале режимов возможно веде­ние
процесса на воздухе без примене­ния
защитных средств. Вибродуговой наплавкой
восстанавливают сталь­ные и чугунные
детали. При наплавке низкоуглеродистой
проволокой, на­пример марки Св-08,
поверхность легко обрабатывают резцом.
Для получения износостойких поверхно­стей
применяют проволоку марки Нп-50Г, Нп-65Г,
Нп-ЗОХГСА, Нп-40X13 и др.

Наплавку ведут на переменном и постоянном
токе обратной полярно­сти. Режимы
вибродуговой наплавки приведены в табл.
7.18.

Вибродуговая наплавка обладает рядом
серьезных недостатков. Так, ограниченные
объемы сварочной ванны не обеспечивают
хорошего пе­ремешивания основного и
наплавлен­ного металлов, что приводит
к обра­зованию в последнем пор и
микротре­щин. В процессе восстановления
де­талей охлаждающая жидкость,
пода­ваемая в зону сварки, обеспечивает
закалку наплавленного валика, а
на­кладываемый последующий валик
частично расплавляет предыдущий и
создает зону отжига, что приводит к
возникновению напряженного состо­яния
и увеличению трещин в наплав­ленном
металле. Наращенный слой сплава имеет
неоднородную структу­ру и соответственно
физико-механи­ческие свойства. Поэтому
у деталей, восстановленных вибродуговой
на­плавкой, усталостная прочность
сни­жается более чем в 2 раза. Кроме
то­го, производительность вибродуговой
наплавки по сравнению с наплавкой
подслоем флюса значительно ниже, а
безвозвратные потери электродной
проволоки на угар и разбрызгивание
увеличиваются в 3 — 4 раза.

Вследствие указанных причин, вибродуговая
наплавка для восста­новления
автомобильных деталей применяется в
настоящее время ред­ко. Детали,
восстанавливающиеся ранее данным
способом, в настоящее время успешно
наплавляются более прогрессивными
методами, напри­мер, электроконтактной
приваркой металлического слоя.

Т а б л и ц а 7.18. Ориентировочные режимы
вибродуговой автоматической наплавки
в струе жидкости (4 %-ный водный раствор
кальцинированной соды)

Что такое вибрационная сварка? Мы объясняем процесс

Что такое вибрационная сварка? Мы объясняем процесс

Скрыть

Показать

Наши специалисты всегда готовы помочь!

Запросить цену

Кликните сюда

Этапы вибрационной сварки

Линейное движение одной детали относительно другой создает трение между двумя поверхностями, выделяя тепло в месте соединения.

Детали начинают плавиться в месте соединения. Высокое тепловыделение из-за высокой скорости сдвига вызывает дальнейшее плавление и более толстый слой расплава. По мере утолщения расплавленного слоя вязкость увеличивается, а скорость сдвига уменьшается, что приводит к меньшему нагреву. Давление на плавящиеся детали способствует потоку жидкости для создания соединения.

Процесс сварки прекращается, когда соединение достигает оптимальной прочности. На это указывают, когда детали плавятся со скоростью, равной скорости потока наружу в месте соединения.

При сохранении давления на соединение материал повторно затвердевает, образуя молекулярную связь.

Вопросы материалов

Вибрационная сварка может соединять все известные термопласты, включая материалы с содержанием наполнителя до 45 процентов. Аппараты для вибрационной сварки также могут соединять многие разнородные материалы с совместимыми температурами плавления, композитные материалы и ткани. С помощью вибрационной сварки можно соединять следующие материалы: аморфные смолы, такие как ABS/PC, PVC, PMMA или PES; полукристаллы, такие как HDPE, PA, PP и TEO. Аппараты для вибрационной сварки также могут соединять армированные волокном несущие материалы, такие как древесное волокно, текстильное волокно или длинное полиуретановое волокно, напрямую или с помощью эффекта когтя или с композитным поверхностным покрытием. Свяжитесь с Dukane для получения подробной информации.

Загрузить руководство по совместимости материалов

Рекомендации по применению

Вибрационные сварочные аппараты Dukane идеально подходят для сборки автомобилей, таких как дверные панели, впускные коллекторы, приборные панели, задние фонари и линзы, резервуары для жидкости и бамперы. Применение в авиации включает в себя воздуховоды ОВК, воздухоотводные клапаны, внутреннее освещение и верхние багажные отсеки. Производители бытовой техники могут использовать вибрационные сварочные аппараты Dukane для насосов и разбрызгивателей посудомоечных машин, дозаторов моющих средств и корпусов пылесосов. Принадлежности — это тонер-картриджи для бизнеса и потребителей, дисплеи в торговых точках, выставочные стенды и полки. Вибросварщики также могут собирать корпуса бензопил и электроинструментов. Медицинские приложения включают хирургические инструменты, фильтры и устройства для внутривенного вливания, подкладные суда и изолированные лотки.

Скачать сравнительную таблицу процессов

Преимущества вибрационной сварки

• Быстрое время сварки (20 секунд от детали к детали)
• Энергоэффективный (зеленая машина)
• Многоразовый ресурс (от 12 до 16 лет использования)
• Быстросменный инструмент (можно обрабатывать несколько деталей)
• Без маркировки выставочных поверхностей
• Точная размерность детали
• Прочные сварные швы
• Герметичные уплотнения
• плоскостей сварки 2D достижимо

Нажмите здесь, чтобы прочитать блог о ключевых преимуществах вибрационной сварки

О линейной вибрационной сварке

Линейная вибрационная сварка — это метод сварки трением, позволяющий получать прочные воздухонепроницаемые сварные швы в термопластичных деталях.

В этом процессе вибрация возникает в результате поперечного возвратно-поступательного движения, управляемого электромагнитным образом узлом поворотной рамы, содержащим прецизионные пружины, электромагниты и узел электромагнитного привода, который управляет амплитудой и частотой вибрирующей головки.

Трение достигается за счет движения между двумя частями, одна из которых зафиксирована, а другая совершает возвратно-поступательные движения с контролируемой амплитудой и частотой, когда они зажаты под давлением. Плавление происходит только на границе стыка половинок пластиковой детали.

Процесс линейной вибрационной сварки Преимущества

• Возможность сварки крупных деталей и деталей сложной формы.
• Быстрое время цикла.
• Совместим с большинством термопластов.
• Идеально подходит для сварки полиамидных материалов.
• Возможность сварки нескольких разнородных материалов.
• Нет расходных материалов, дыма или выбросов.
• Типичны высокопрочные, герметичные сварные швы.
• Можно сваривать несколько деталей за один цикл.
• Тепло ограничено границей сварки.
• Легко автоматизируется.
• Недорогой быстросменный инструмент.
• Низкие эксплуатационные расходы.
• Низкое энергопотребление.

Процесс линейной вибрационной сварки:

ШАГ 1

Половинки деталей помещаются в прецизионные удерживающие приспособления и надежно фиксируются ими, которые обеспечивают адекватную поддержку и точное выравнивание половинок деталей в процессе вибрационной сварки.

ЭТАП 2

Нижнее удерживающее приспособление поднимается вверх, чтобы сомкнуться с верхним удерживающим приспособлением, сжимая половинки детали, подлежащие сварке.

ЭТАП 3

Трение (нагрев) начинается с вибрации, контролируемой поочередным включением электромагнитов на узле поворотной рамы. Эта пульсация приводит в движение вибрирующую плиту и верхнее приспособление попеременно влево и вправо, создавая движение от пика к пику до 0,070 дюйма.

ЭТАП 4

Виброограничители и удерживающие приспособления сохраняют зажимное усилие, позволяя деталям остывать под давлением.

ЭТАП 5

Когда охлаждение завершено, нижнее приспособление опускается, и готовую деталь можно выгрузить.

Наша существующая линейка вибрационных сварочных аппаратов включает четыре модели уникальных размеров. Доступны гидравлические и пневматические версии. От машин с ручной загрузкой и разгрузкой до полуавтоматических и полностью автоматизированных поточных систем — каждый из наших вибрационных сварочных аппаратов предназначен для выполнения определенного диапазона требований.

Критическая вибрационная сварка Параметры:

• Частота
• Амплитуда
• Сила сварки
• Разрушение сварного шва/абсолютное расстояние
• Время сварки
• Время удержания/охлаждения
• Удержание/охлаждение

Линейная вибрационная сварка Расплав Фазы:

• Фаза 1 – На поверхности соединения деталей выделяется тепло.